Теоретические основы электростимуляции нервно-мышечного аппарата

Видео: Электростимуляция 1

Концепция

Роль аппарата движений и самого движения в жизни человека ни у кого не вызывает сомнений.

Известно, что мышцы представляют 35-50% массы тела, и их деятельность программирует в той или иной мере деятельность практически всех систем организма.

Движение в самом совершенном своем проявлении обеспечило формирование человека, и оно же программирует, по некоторым данным, от 40 до 60% всех жизненных процессов.

В условиях резко снизившейся двигательной активности роль мышечной активности выступает столь очевидно, что специалисты, занимающиеся изучением всех других систем и функций организма, прежде всего, интересуются тем, как гипокинезия связана с другими процессами в организме и как расстройства (ограничения мышечной деятельности) отражаются, например, на сердечно-сосудистой системе, трофических процессах и т.д.

Издавна сложилось так, что свойства скелетных мышц являлись преимущественно предметом интереса биофизиков и биохимиков, тогда как вопросы управления движениями считались относящимися к компетенции нейрофизиологов.

Лишь в последнее время двигательные возможности должным образом изучаются кинезиологами и физиологами. Между тем, еще И.М.Сеченов подчеркивал, что поперечно-полосатая мышца « научила нервную систему работать импульсами».

Рассматривая человеческий организм, как единую систему регулирования, его мышечную и скелетную системы - как объект регулирования, системы эфферентной иннервации - как звенья прямой и обратной связи, мы пришли к выводу о принципиальной возможности управления через нервно-мышечную систему основными жизненными функциями организма человека.

Отметим, что мышца была одним из первых объектов количественных исследований в физиологии. С развитием мышечной физиологии в значительной мере связан также прогресс экспериментальной техники: появление методов раздражения, графической регистрации, измерения коротких отрезков времени, калориметрии и др.

В связи с этим необходимо отметить особое значение для развития электростимуляции и электрофизиологии работ и мировоззрения известного немецкого ученого Э.Дюбуа-Реймона. Будучи студентом III курса (1841) он получил от своего руководителя И.Мюллера тему для самостоятельной работы - повторить опыты К.Маттеучи, который в 1837 году для объективной проверки опытов Л.Гальвани впервые применил гальванометр. Работы К.Маттеучи носили принципиальный характер: до них, пока единственным измерительным прибором служила сама лапка лягушки, не было уверенности в том, что процессы возбуждения связаны с электрическими явлениями. После работ К.Маттеучи это считалось доказанным.

Продумывая полученное от руководителя задание, Э.Дюбуа-Реймон понял, что «повторить» опыты К.Маттеучи не так-то просто: в то время каждый ученый имел приборы собственной конструкции и сопоставлять из показания было практически невозможно. Поэтому он поставил своей задачей разработать специальное оборудование, которое позволило бы в разных лабораториях получать сравниваемые результаты. В итоге он создал комплекс приборов, обслуживающий все основные моменты исследований: - стандартизировал прибор для раздражения мышц и нервов- - привел в единую систему отведение возникающих в них биопотенциалов и их регистрацию.

Созданный им прибор назывался «санный аппарат Э.Дюбуа-Реймана» и предназначался для строгого дозирования раздражающего воздействия. Он представлял собой «индукционную катушку Фарадея с конкретным числом витков как в первичной, так и вторичной намотке и строго определенным сечением провода в каждой из них». К первичной (внутренней) катушке присоединяли источник тока - гальванический элемент Даниэля с известным значением ЭДС. Во вторичной катушке при размыкании цепи питания возникал индукционный ток. Этим наведенным (индукционным) током раздражали нерв или мышцу. Получаемый таким образом импульс тока в нагрузке по форме - асимметричный, разнополярный с практически нолевой постоянной составляющей.

В этой главе мы выделим те вопросы структуры и функции, нервно-мышечного аппарата и сосудистой системы, которые особенно существенны для понимания концепции о возможности управления с периферии многими функциями организма.

В основе этой концепции лежит представление о том, что афферентный поток, или физиологическая обратная связь, наиболее полно отображает состояние исполнительного аппарата при любых его состояниях. В ответ на приход этого потока к центрам управления (центрам общей регуляции и интеграции организма) возникают не только команды на коррекцию и выполнение адекватного механического компонента - движения, но и включаются в действие центры энергетического и трофического обеспечения исполнительного аппарата, а также связанных с ним систем и организма в целом.



В живом организме - сложной многофункциональной системе - существуют специальные центры интеграции: нервной и гуморальной. Активность, возникающая в любой системе опосредуется этими центрами с точки зрения задач всего организма.

Особое место и по функциональному значению и по относительному весу, как уже отмечалось выше, занимает скелетно-мышечная система, обеспечивающая опорно-двигательную функцию и вносящая огромный вклад в деятельность центров общей нейро-гуморальной интеграции организма.

Адаптивность и пластичность живого организма позволяют использовать приближенные значения естественного афферентного потока, из которого в силу селективности определенных структур, являющихся биологическими фильтрами, организм выбирает необходимую для утилизации информацию.

Управление жизненными функциями организма через естественные каналы обратной связи двигательного аппарата может осуществляться с помощью электрического раздражения афферентов периферии, поскольку электрический ток является наиболее адекватным раздражителем для живых тканей.

Организация афферентного потока может быть оптимальной при условии обеспечения адекватных режимов сокращений, связанных с конкретными биохимическими показателями.

Xарактерной особенностью живой ткани является непрерывно совершающийся обмен веществ, подчиненный биохимическим и биофизическим закономерностям. Он сопровождается образованием ионов и последующей их рекомбинацией. Это дало основание считать, что живая ткань обладает ионной проводимостью и рассматривать живой организм как элемент особого типа с большим количеством различных мембран. Однако такой подход односторонний, так как перенос энергии в живой ткани происходит и на электронном уровне. В последние годы делаются попытки объяснить биофизические проблемы с позиций теории твердого тела и «жидких» кристаллов. Известно, что комплексное сопротивление живых тканей (импеданс) имеет активную и емкостную составляющие. Явлений, указывающих на наличие индуктивностей в тканях, не обнаружено.



При прохождении слабых токов нервно-мышечные структуры ведут себя аналогично цепи, состоящих из пассивных элементов. В общем же случае живые структуры следует рассматривать как активные цепи с внутренними электродвижущими силами. Воздействие тока на живые ткани можно оценить с помощью эквивалентной схемы объекта, ее необходимо составлять для каждого эксперимента. Существует много вариантов эквивалентных схем живых тканей, представляющих комбинации элементов R и C, однако еще не разработано таких, которые позволили бы по правилам электротехники корректно вести опыт и дать оценку его результатам. Трудности связаны с определением величин активного и емкостного сопротивлений, которые в живом объекте нелинейны. В живых организмах нелинейность обусловлена биохимическими и биофизическими явлениями.

Другой особенностью живых тканей является их возбудимость, т.е. способность отвечать определенной реакцией не внешние (механические, химические, тепловые, магнитные, электрические) или внутренние (сигналы, генерируемые нервными клетками и возбуждающие иннервируемый аппарат) раздражения. Возбудимость мышцы проявляется специфической реакцией -сокращением в ответ на раздражение.

В связи с этим остановимся на структуре мышцы и механизме ее сокращения.

Во многих пособиях по физиологии мышцы рассматривают как «машины», которые преобразуют химическую энергию непосредственно в механическую энергию ( работу ) и теплоту.

Этого определения будем придерживаться и мы, однако, упустив вопрос: Каким образом мышца преобразует химическую энергию в механическую?

Этот вопрос пока остается самым «горячим» в современных молекулярных исследованиях.

Морфология и гистология мышц

У позвоночных животных и человека опорно-двигательный аппарат состоит из многозвенной системы костей скелета, подвижно сочлененных посредством суставов: из двигателей - мышц, которые прикрепляются своими концами к костям и могут перемещать их друг относительно друга, превращая скелет в систему рычагов- из двигательных клеток - мотонейронов, приводящих мышцы в действие посредством импульсов, посылаемых к ним по аксонам.

Скелетные мышцы представляют собой сложно устроенный орган движения, выполняющие два вида деятельности: производят движения и, удерживают определенное положение и преобразует химическую энергию в тепло. У человека насчитывается в общей сложности 324 мышцы. Из общего числа скелетных мышц 27 - мышцы головы, 16 - переднего отдела шеи, 90 - мышцы затылочной области и спины, 27 - груди, 7 - живота. В верхних конечностях насчитывается 49, а в нижних 62 мышцы.

Скелетные мышцы значительно отличаются друг от друга: по размеру -длинные или короткие, широкие или узкие- по форме - треугольные, веретенообразные, веерообразные- по месту соединения - с костью, хрящом или связками- по связям с другими тканями и по выполняемой функции - односуставные или двусуставные, сгибатели-разгибатели, синергисты-антогонисты- по своему действию - быстрые или медленные- по инервации - простая или сложная, по кровоснабжению - белые, красные.

От общей массы тела мышцы составляют 30-35% у женщин и 42-50% у мужчин.

Специально направленной тренировкой можно увеличить процентное соотношение мышц и общей массы тела, а физическое бездействие приводит к уменьшению мышечной массы и увеличению, как правило, жировой ткани.

Сократительная функция мышцы осуществляется благодаря деятельности мышечных волокон, которые обладают свойством возбудимости, проводимости и сократимости. Мышечное волокно является структурной единицей всех мышц. Волокна - это длинные, узкие, многоядерные клетки, которые могут тянуться от одного конца мышцы до другого. Xотя, как правило, они короче мышцы в целом. Диаметр этих волокон колеблется от 0,05 до 0,1 мм и зависит от типа мышц, возраста, условий питания, степени тренированности (уровня функционирования ).

Селективная постоянная тренировка мышц приводит к 2-3 кратному их увеличению за счет увеличения диаметра мышечных волокон. Этот диаметр изменяется как вследствие создания новых миофибрилл, так и увеличения количества саркоплазмы.

От 10 до 50 мышечных волокон соединяются в пучок. Пучки мышечных волокон и образуют скелетную мышцу.

В скелетной мышце имеются не только эффекторные сократительные структуры, но и специальные механорецепторы, информирующие нервные центры о развиваемом напряжении и изменении длины мышцы. Этот проприоцепторный аппарат играет важную роль в контроле и управлении мышечной деятельностью. Таким образом, скелетная мышца является не только органом движения, но и своеобразным органом чувств.

Мышечные волокна кроме эфферентной и афферентной иннервации находятся под влиянием вегетативной нервной системы. Симпатические нервные окончания расположены не в самих мышечных волокнах, а в кровеносных сосудах мышц и оказывают свое действие с помощью выделяемого в кровь норадреналина. Поступающий из крови к мышечным волокнам норадреналин регулирует в них ряд процессов обмена веществ, осуществляя адапционнотрофическую функцию - способствует лучшему приспособлению мышечных волокон к выполнению ими работы.

Мышцу окружает толстая соединительнотканная оболочка-эпимизий. От внутренней поверхности эпимизия внутрь мышцы проникают соединительнотканные тяжи, разделяя ее на отдельные пучки. Эти перегородки составляют перимизий, в котором проходят крупные кровеносные сосуды и нервы. Из перимизия соединительнотканные волокна переходят дальше внутрь мышцы, окружая ее в виде тонкой сети - эндомизия - каждое отдельное мышечное волокно.
Обратим внимание на системы кровоснабжения и лимфотока мышц.

В. Ю. Давиденко